Java实现多线程同步五种方法详解
一、为什么要线程同步
因为当我们有多个线程要同时访问一个变量或对象时，如果这些线程中既有读又有写操作时，就会导致变量值或对象的状态出现混乱，从而导致程序异常。举个例子，如果一个银行账户同时被两个线程操作，一个取100块，一个存钱100块。假设账户原本有0块，如果取钱线程和存钱线程同时发生，会出现什么结果呢？取钱不成功，账户余额是100.取钱成功了，账户余额是0.那到底是哪个呢？很难说清楚。因此多线程同步就是要解决这个问题。
二、不同步时的代码
Bank.java
packagethreadTest;
/**
*@authorlixiaoxi
*
*/
publicclassBank{
privateintcount=0;//账户余额
//存钱
publicvoidaddMoney(intmoney){
count+=money;
System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存进："+money);
}
//取钱
publicvoidsubMoney(intmoney){
if(count-money<0){
System.out.println("余额不足");
return;
}
count-=money;
System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出："+money);
}
//查询
publicvoidlookMoney(){
System.out.println("账户余额："+count);
}
}
SyncThreadTest.java
packagethreadTest;
publicclassSyncThreadTest{
publicstaticvoidmain(Stringargs[]){
finalBankbank=newBank();
Threadtadd=newThread(newRunnable(){
@Override
publicvoidrun(){
//TODOAuto-generatedmethodstub
while(true){
try{
Thread.sleep(1000);
}catch(InterruptedExceptione){
//TODOAuto-generatedcatchblock
e.printStackTrace();
}
bank.addMoney(100);
bank.lookMoney();
System.out.println("\n");
}
}
});
Threadtsub=newThread(newRunnable(){
@Override
publicvoidrun(){
//TODOAuto-generatedmethodstub
while(true){
bank.subMoney(100);
bank.lookMoney();
System.out.println("\n");
try{
Thread.sleep(1000);
}catch(InterruptedExceptione){
//TODOAuto-generatedcatchblock
e.printStackTrace();
}
}
}
});
tsub.start();
tadd.start();
}
}
代码很简单，我就不解释了，看看运行结果怎样呢？截取了其中的一部分，是不是很乱，有些看不懂。
余额不足 账户余额：0 余额不足 账户余额：100 1441790503354存进：100 账户余额：100 1441790504354存进：100 账户余额：100 1441790504354取出：100 账户余额：100 1441790505355存进：100 账户余额：100 1441790505355取出：100 账户余额：100
三、使用同步时的代码
1、同步方法
即有synchronized关键字修饰的方法。由于java的每个对象都有一个内置锁，当用此关键字修饰方法时，内置锁会保护整个方法。在调用该方法前，需要获得内置锁，否则就处于阻塞状态。
修改后的Bank.java
/**
*@authorlixiaoxi
*
*/
publicclassBank{
privateintcount=0;//账户余额
//存钱
publicsynchronizedvoidaddMoney(intmoney){
count+=money;
System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存进："+money);
}
//取钱
publicsynchronizedvoidsubMoney(intmoney){
if(count-money<0){
System.out.println("余额不足");
return;
}
count-=money;
System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出："+money);
}
//查询
publicvoidlookMoney(){
System.out.println("账户余额："+count);
}
}
再看看运行结果：
余额不足 账户余额：0 余额不足 账户余额：0 1441790837380存进：100 账户余额：100 1441790838380取出：100 账户余额：0 1441790838380存进：100 账户余额：100 1441790839381取出：100 账户余额：0
瞬间感觉可以理解了吧。
注：synchronized关键字也可以修饰静态方法，此时如果调用该静态方法，将会锁住整个类。
2、同步代码块
即有synchronized关键字修饰的语句块。被该关键字修饰的语句块会自动被加上内置锁，从而实现同步。
Bank.java代码如下：
packagethreadTest;
packagethreadTest;
/**
*@authorlixiaoxi
*
*/
publicclassBank{
privateintcount=0;//账户余额
//存钱
publicvoidaddMoney(intmoney){
synchronized(this){
count+=money;
}
System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存进："+money);
}
//取钱
publicvoidsubMoney(intmoney){
synchronized(this){
if(count-money<0){
System.out.println("余额不足");
return;
}
count-=money;
}
System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出："+money);
}
//查询
publicvoidlookMoney(){
System.out.println("账户余额："+count);
}
}
运行结果如下：
余额不足 账户余额：0 1441791806699存进：100 账户余额：100 1441791806700取出：100 账户余额：0 1441791807699存进：100 账户余额：100
效果和方法一差不多。
注：同步是一种高开销的操作，因此应该尽量减少同步的内容。通常没有必要同步整个方法，使用synchronized代码块同步关键代码即可。
3、使用特殊域变量(volatile)实现线程同步
（1）volatile关键字为域变量的访问提供了一种免锁机制；
（2）使用volatile修饰域相当于告诉虚拟机该域可能会被其他线程更新；
（3）因此每次使用该域就要重新计算，而不是使用寄存器中的值；
（4）volatile不会提供任何原子操作，它也不能用来修饰final类型的变量。
Bank.java代码如下：
packagethreadTest;
/**
*@authorlixiaoxi
*
*/
publicclassBank{
privatevolatileintcount=0;//账户余额
//存钱
publicvoidaddMoney(intmoney){
count+=money;
System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存进："+money);
}
//取钱
publicvoidsubMoney(intmoney){
if(count-money<0){
System.out.println("余额不足");
return;
}
count-=money;
System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出："+money);
}
//查询
publicvoidlookMoney(){
System.out.println("账户余额："+count);
}
}
运行效果怎样呢？
余额不足 账户余额：0 余额不足 账户余额：100 1441792010959存进：100 账户余额：100 1441792011960取出：100 账户余额：0 1441792011961存进：100 账户余额：100
是不是又看不懂了，又乱了。这是为什么呢？就是因为volatile不能保证原子操作导致的，因此volatile不能代替synchronized。此外volatile会组织编译器对代码优化，因此能不使用它就不使用它吧。它的原理是每次要线程要访问volatile修饰的变量时都是从内存中读取，而不是从缓存当中读取，因此每个线程访问到的变量值都是一样的。这样就保证了同步。
4、使用重入锁实现线程同步
在JavaSE5.0中新增了一个java.util.concurrent包来支持同步。ReentrantLock类是可重入、互斥、实现了Lock接口的锁，它与使用synchronized方法和块具有相同的基本行为和语义，并且扩展了其能力。
ReenreantLock类的常用方法有：
- ReentrantLock()：创建一个ReentrantLock实例
- lock()：获得锁
- unlock()：释放锁
注：ReentrantLock()还有一个可以创建公平锁的构造方法，但由于能大幅度降低程序运行效率，不推荐使用。
Bank.java代码修改如下：
packagethreadTest;
importjava.util.concurrent.locks.Lock;
importjava.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
/**
*@authorlixiaoxi
*
*/
publicclassBank{
privateintcount=0;//账户余额
//需要声明这个锁
privateLocklock=newReentrantLock();
//存钱
publicvoidaddMoney(intmoney){
lock.lock();//上锁
try{
count+=money;
System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存进："+money);
}finally{
lock.unlock();//解锁
}
}
//取钱
publicvoidsubMoney(intmoney){
lock.lock();
try{
if(count-money<0){
System.out.println("余额不足");
return;
}
count-=money;
System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出："+money);
}finally{
lock.unlock();
}
}
//查询
publicvoidlookMoney(){
System.out.println("账户余额："+count);
}
}
运行效果怎样呢？
余额不足 账户余额：0 余额不足 账户余额：0 1441792891934存进：100 账户余额：100 1441792892935存进：100 账户余额：200 1441792892954取出：100 账户余额：100
效果和前两种方法差不多。
如果synchronized关键字能满足用户的需求，就用synchronized，因为它能简化代码。如果需要更高级的功能，就用ReentrantLock类，此时要注意及时释放锁，否则会出现死锁，通常在finally代码释放锁。
5、使用局部变量实现线程同步
Bank.java代码如下：
packagecom.demo.test;
/**
*@authorlixiaoxi
*
*/
publicclassBank{
privatestaticThreadLocalcount=newThreadLocal(){
@Override
protectedIntegerinitialValue(){
//TODOAuto-generatedmethodstub
return0;
}
};
//存钱
publicvoidaddMoney(intmoney){
count.set(count.get()+money);
System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存进："+money);
}
//取钱
publicvoidsubMoney(intmoney){
if(count.get()-money<0){
System.out.println("余额不足");
return;
}
count.set(count.get()-money);
System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出："+money);
}
//查询
publicvoidlookMoney(){
System.out.println("账户余额："+count.get());
}
}
运行效果：
余额不足 账户余额：0 1511166594460存进：100 账户余额：200 余额不足 账户余额：0 1511166595460存进：100 账户余额：300 余额不足 账户余额：0 1511166596460存进：100 账户余额：400
看了运行效果，一开始一头雾水，怎么只让存，不让取啊？看看ThreadLocal的原理：
如果使用ThreadLocal管理变量，则每一个使用该变量的线程都获得该变量的副本，副本之间相互独立，这样每一个线程都可以随意修改自己的变量副本，而不会对其他线程产生影响。现在明白了吧，原来每个线程运行的都是一个副本，也就是说存钱和取钱是两个账户，只是名字相同而已。所以就会发生上面的效果。
ThreadLocal与同步机制
a.ThreadLocal与同步机制都是为了解决多线程中相同变量的访问冲突问题；
b.前者采用以”空间换时间”的方法，后者采用以”时间换空间”的方式。
以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持毛票票。